地震散射技術在珠海橫琴隧道中的應用

珠海橫琴隧道為橫琴島的第三條交通通道，穿越馬騮洲水道，水深6m。隧道長約600m，直徑約15m，埋深34m，雙線盾構法施工。前期工程地質勘探結果表明，隧址區(qū)淺部為海相沉積，下部基巖為花崗巖，埋深在38-40m左右。工程勘察中發(fā)現(xiàn)隧道埋深范圍內(nèi)存在孤石，隱伏于強風化層中，影響盾構法施工。需要查清直徑2m以上的孤石與基巖突起的分布。

水上震源 水聽器

于是，利用同度物探的地震散射技術，地震散射采用小排列，每次激發(fā)都可得到炮點的垂直速度剖面。只要有GPS定位，就可以進行反復航行采集，直至炮點密度達到設計要求。聯(lián)合所有炮點數(shù)據(jù)，即可組成測區(qū)的三維數(shù)據(jù)結構。同度物探本次勘探區(qū)沿隧道軸向長400m，橫向60m。炮點間距軸向1m，橫向2m，測點網(wǎng)格狀布置。使用24道水聽器，間距0.5m，偏移據(jù)1m。使用3萬焦耳電火花震源，共采集10400炮記錄。有效勘探深度超過80m。采集方式如圖2所示。

圖1 海上孤石勘探區(qū)位置

圖2 水上地震散射數(shù)據(jù)采集方式

地震散射技術在珠海橫琴隧道中的應用

海底孤石的勘探

經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，生成勘探區(qū)三維波速分布與地質界面分布的數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)在隧道軸線方向點距1m，橫向方向點距2m，垂直方向點距0.5m。該三維數(shù)據(jù)結構支持水平、縱向、橫向切片分析。

1、測區(qū)基巖與孤石高程的分布

根據(jù)勘探得到的300m×60m×60m三維速度結構，取出波速達到2400m/s的最淺埋深數(shù)據(jù)，繪制成基巖高程圖（圖3）。其中紅色埋深最淺，不到30m，其次為黃色，藍色、深藍色埋深大。圖中多數(shù)地域基巖埋深在38-40m。紅黃色的基巖突起與孤石只是零星分布，主要集中在測區(qū)內(nèi)的左側隧道。

圖3 測區(qū)基巖與孤石高程分布圖

2、隧道縱斷面地質界面與波速分布圖

從三維波速結構與偏移數(shù)據(jù)中，沿隧道軸向做垂向切片，獲得地質界面和波速分布圖縱斷面圖（圖4a，4b），長300m，深60m。圖4a為偏移圖像，反映地層、基巖的界面形態(tài)，埋深30m以內(nèi)，界面近水平層狀，反應海相沉積特點；30m以下界面起伏較大，反應基巖的形態(tài)特征；

圖4a 隧道軸向偏移成像剖面

圖4b為波速分布圖像，紅色為高波速，波速高于2400m/s, 對應中風化基巖與孤石；藍色為低波速, 1450m/s，海水和淤泥；淺部30m內(nèi)基本為波速低于1800m/s的海相沉積；30-40m深度為中等波速（1800-2400m/s）的全風化與強風化層。40m以下為紅色的、波速高于2400m/s的中等風化巖。在強風化巖中存在波速高于2400m/s的異常體，為孤石與基巖突起。

圖4b 隧道軸向波速分布剖面

3、水平切片與孤石位置

水平切片能直觀地反映孤石的平面位置，這里選擇埋深33m的水平切片（圖5）。圖中紅色表示的波速高于2400m/s的孤石與基巖突起；棕褐色表示波速為2000-2400m/s，強風化巖；黃色為波速1800-2000m/s的全風化與黏土。圖中黑色橢圓曲線表示隧道的交線，由此可直觀地發(fā)現(xiàn)與隧道有關的孤石的位置，并進行了編號統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)多數(shù)孤石分布在左側隧道位置。

圖5 埋深33m的波速水平切片與孤石位置

4、橫切片中隧道與孤石的關系

沿隧道里程每米得到1幅波速橫切片，其中用黑色標示出了隧道的截面位置。紅色為波速高于2400m/s的巖體，包括基巖突起與孤石。這里選擇3幅基巖突起與隧道相交截面，展示隧道與孤石的關系（圖6）。圖中的形態(tài)說明大部分所謂的孤石，其實是基巖突起，是有根的，并不是傳統(tǒng)意義上的飄石。

圖6 波速橫切片中的隧道與孤石

勘探發(fā)現(xiàn)與隧道有關的孤石與基巖突起26處，其中直徑大于3m的9處。這些結果指導了孤石處理工作。對孤石進行爆破，共完成鉆孔2426個。證實物探與鉆探的吻合率達到90%，平均深度誤差在1m以內(nèi)。